CN107543413A - 用于加热气液混合物和/或气液固混合物的加热炉管 - Google Patents

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李苏安
邓清宇
王坤朋
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Abstract

本发明公开了用于加热气液混合物和/或气液固混合物的加热炉管。本发明所提供的用于加热气液混合物和/或气液固混合物的管式加热炉，包括螺旋式炉管和燃烧器；所述螺旋式炉管直立设置；所述燃烧器设置在所述螺旋式炉管的螺旋周内外两侧；所述气液混合物和/或气液固混合物的雷诺系数为2000‑8500；所述气液混合物和/或气液固混合物中气体的体积百分比为75vol％‑80vol％。本发明提出的螺旋式炉管呈直立螺旋型，完全克服了气阻问题，同时也克服了固体沉积，避免边壁效应，保证流体流动形态稳定。尤其适用于含有气体的加热介质，如气液混合物、气液固混合物等。

Description

用于加热气液混合物和/或气液固混合物的加热炉管
技术领域
本发明涉及石油化工和煤化工领域，特别涉及用于加热气液混合物和/或气液固混合物的加热炉管。
背景技术
加热炉是石油、化工、冶金、电力和天然气工业中广泛使用的一种加热设备，其作用是以燃油或燃气为燃料，将对油、油煤浆、气体及其它介质进行加热，以满足下游设备对工艺物流的温度要求。在石油化工行业中，管式加热炉作为提供石油化工生产对热能需要的一种供热手段得到了广泛运用。管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收***、燃烧器以及通风***五部分所组成。辐射室和对流室内装有炉管，炉管是加热炉进行热量传递的重要构件，炉管直接受到火焰烧烤，温度最高，必须充分考虑流体在炉管内沉积、结焦以及流体对炉管冲蚀的可能性。
重油、油煤混合物等粘度较高流体如果流速过低，则流动状态处于层流、层湍过渡流状态，易发生挂壁、沉积等现象，沉积物受热结焦，往往堵塞炉管；如果流动速度过高，则易造成管壁冲蚀，在换热管接头处引起泄露等问题，易引发火灾等事故。现有技术中通常采用的常规列管炉的炉管分为直管段和弯头段，直管段采用180°弯头连接，流体在流经弯头处，由于离心运动，造成弯头内外侧的流速不均匀，外侧速度快对管壁冲蚀严重，内侧流速慢易沉积，沉积加剧流体对外侧流体对管壁的冲蚀。严重影响炉子的运行周期，甚至装置的生产周期。为提高炉管的换热效率，燃烧器尽量靠近炉管，因此燃烧器沿炉壁布置，这就带了一个问题：炉管无论是采用竖直走向还是水平走向，炉管都是单面受热，管内流体受热不均，气化状态不均匀，可能形成气阻，阻碍加热炉正常运行。
在炼油化工和煤化工领域中，需要加热煤和氢气混合物，目前对气液混合物或者气液固三相混合物的共同加热仍然没有实用有效的管式加热炉，目前的管式加热炉不能同时具有长时间使用不用更换炉管，加热均匀，克服气阻的优点。
发明内容
为了弥补以上领域的不足，本发明提供了防沉积和冲蚀的加热炉炉管，该加热炉炉管能使被加热流体在改变流向时最大程度地避免边壁效应，保证流体流动形态稳定，炉管周身受热强度均匀，能够避免被加热流体在炉管内流动过程中发生沉积、结焦甚至堵塞的情况发生，对于粘度大、易沉积和结焦，加热过程中产生气体的流体尤其适用。
本发明通过如下技术方案来实现：
本发明提供了一种用于加热气液混合物和/或气液固混合物的管式加热炉，包括螺旋式炉管和燃烧器；所述螺旋式炉管直立设置；所述燃烧器设置在所述螺旋式炉管的螺旋周内外两侧；所述气液混合物和/或气液固混合物的雷诺系数为2000-8500；所述气液混合物和/或气液固混合物中气体的体积百分比为75vol％-80vol％。
所述螺旋式炉管为矩形螺旋式炉管或同心圆螺旋式炉管。
所述矩形螺旋或者同心圆螺旋的螺旋曲率半径为350mm-1500mm。
所述螺旋式炉管的内径为50-500mm。
所述矩形螺旋式炉管，包括：直管段和弯管段；所述直管段之间通过弯管段连接；所述矩形螺旋式炉管的俯视图呈圆角矩形。
所述燃烧器上均匀设置有若干个燃烧头，所述燃烧头对着炉管，保证炉管受热均匀。
所述螺旋式炉管内气液混合物和/或气液固混合物的流动速度为2-8m/s，流动状态为湍流。
所述用于加热气液混合物和/或气液固混合物的管式加热炉在加热渣油、煤粉以及氢气混合物中的应用也属于本发明的保护范围。
所述用于加热气液混合物和/或气液固混合物的管式加热炉在加热渣油和氢气混合物中的应用也属于本发明的保护范围。
本发明的有益效果：
1、现有的炉管在油煤加热领域使用寿命都比较短，本发明经过测试，矩形螺旋式炉管可以连续使用10000小时以上，同心圆螺旋式炉管可以连续使用15000小时以上，减少了频繁更换管道的耗材费用和人工维护费用，极大地减少了成本，同时，本发明的螺旋式炉管使用寿命长，相对发生生产事故的概率也较低，使生产过程更加安全。
2、本发明提出的螺旋式炉管呈直立螺旋型，完全克服了气阻问题，同时也克服了固体沉积，避免边壁效应，保证流体流动形态稳定。尤其适用于含有气体的加热介质，如气液混合物、气液固混合物等。
3、矩形螺旋式炉管优势有：设计简单、施工方便、造价低廉。
4、本发明中螺旋式炉管和加热器的分布方式使得待加热物的受热均匀，克服了现有技术中煤油加热领域只能单边加热的缺点。
附图说明
图1为本发明矩形螺旋式炉管立面正视图；
图2为本发明矩形螺旋式炉管立面左视图；
图3为本发明矩形螺旋式炉管立面和燃烧器布置俯视图；
图4为本发明同心圆螺旋式炉管立面示意图；
图5为本发明同心圆螺旋式炉管立面和燃烧器布置俯视图；
其中，1-直管段，2-弯管段，3-燃烧器；4-炉管，5-燃烧器。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，下面结合具体实施例对本发明进行进一步的解释。
实施例1、一种用于加热渣油、煤粉以及氢气混合物的管式加热炉
本实施例的用于加热渣油、煤粉以及氢气混合物的管式加热炉，包括螺旋式炉管和燃烧器3；所述螺旋式炉管直立设置；所述燃烧器设置在所述螺旋式炉管的螺旋周内外两侧；
管内待加热物为渣油、煤粉以及氢气混合物，雷诺系数为2000，气体的体积百分比为75vol％。
如图1、图2和图3所示，设置在炉膛内的炉管呈矩形螺旋式，俯视图为圆角矩形，包括直管段1和弯管段2，其中直管段1内径为50mm，长度有两种规格，分别为2500mm和2000mm，弯管的曲率半径为350mm，弯管段的规格都是统一的。其中2500mm的直管段作为矩形螺旋式炉管的圆角矩形的长段，2000mm的直管段作为圆角矩形的宽段，长段与宽段之间用弯管段采用无缝焊接。
燃烧器3呈线状设置在螺旋式炉管的螺旋周内外两侧，每侧都围绕炉管分布，燃烧器3的燃烧头均匀分布在燃烧器上并对着炉管，保证炉管受热均匀。
管式加热炉将炉管的两端与输送管道连接，炉管内的待加热物质为渣油、煤粉以及氢气混合物，流动方向为自下而上的流动，油煤质量比为1.2:1，氢气占整个待加热物质的体积百分比为75％。开启燃烧器，燃烧器的燃烧头喷出火焰，待加热物由200℃加热至385℃，炉管内待加热物质(渣油、煤粉以及氢气混合物)流动速度为2m/s，待加热物质流动状态为湍流，雷诺系数为2000。运行效果：该炉管连续运行10000小时未发现沉积、冲蚀现象。
实施例2、一种用于加热渣油和氢气混合物的管式加热炉
本实施例的用于加热渣油和氢气混合物的管式加热炉，包括螺旋式炉管和燃烧器3；所述螺旋式炉管直立设置；所述燃烧器设置在所述螺旋式炉管的螺旋周内外两侧；管内待加热物为渣油和氢气混合物，雷诺系数为8500，气体的体积百分比为80vol％。
如图4和图5所示，设置在炉膛内的炉管呈同心圆螺旋形，俯视呈圆形，炉管内径为500mm，螺旋式炉管的曲率半径为1500mm，燃烧器3呈线状设置在螺旋式炉管的螺旋周内外两侧，每侧都围绕炉管分布，燃烧器的燃烧头均匀分布在燃烧器上并对着炉管，保证炉管受热均匀。
炉管内的待加热物质为渣油和氢气混合物，流动方向为自下而上的流动，氢气占待加热物质的体积百分比为80％，待加热物由210℃加热至390℃，待加热物质(渣油和氢气混合物)流动速度为8m/s，待加热物质流动状态为湍流，雷诺系数为8500。运行效果：该炉管连续运行15000小时未发现沉积、冲蚀现象。

Claims (9)

1.用于加热气液混合物和/或气液固混合物的管式加热炉，其特征在于：包括螺旋式炉管和燃烧器；所述螺旋式炉管直立设置；所述燃烧器设置在所述螺旋式炉管的螺旋周内外两侧；所述气液混合物和/或气液固混合物的雷诺系数为2000-8500；所述气液混合物和/或气液固混合物中气体的体积百分比为75vol％-80vol％。
2.根据权利要求1所述的用于加热气液混合物和/或气液固混合物的管式加热炉，其特征在于：所述螺旋式炉管为矩形螺旋式炉管或同心圆螺旋式炉管。
3.根据权利要求2所述的用于加热气液混合物和/或气液固混合物的管式加热炉，其特征在于：所述矩形螺旋或者同心圆螺旋的螺旋曲率半径为350mm-1500mm。
4.根据权利要求1或2所述的用于加热气液混合物和/或气液固混合物的管式加热炉，其特征在于：所述螺旋式炉管的内径为50-500mm。
5.根据权利要求2所述的用于加热气液混合物和/或气液固混合物的管式加热炉，其特征在于：所述矩形螺旋式炉管，包括：直管段和弯管段；所述直管段之间通过弯管段连接；所述矩形螺旋式炉管的俯视图呈圆角矩形。
6.根据权利要求1所述的用于加热气液混合物和/或气液固混合物的管式加热炉，其特征在于：所述燃烧器上均匀设置有若干个燃烧头，所述燃烧头对着炉管，保证炉管受热均匀。
7.根据权利要求1所述的用于加热气液混合物和/或气液固混合物的管式加热炉，其特征在于：所述螺旋式炉管内气液混合物和/或气液固混合物的流动速度为2-8m/s，流动状态为湍流。
8.权利要求1-7中任一所述的用于加热气液混合物和/或气液固混合物的管式加热炉在加热渣油、煤粉以及氢气混合物中的应用。
9.权利要求1-7中任一所述的用于加热气液混合物和/或气液固混合物的管式加热炉在加热渣油和氢气混合物中的应用。
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